【摘 要】
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振动信号在土木、航空、大型机械等许多领域都具有重要的研究意义,是各界学者的广泛关注的一个重要问题,振动传感器的研究是进行振动信号监测的重要一环。光纤光栅传感器具有
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振动信号在土木、航空、大型机械等许多领域都具有重要的研究意义,是各界学者的广泛关注的一个重要问题,振动传感器的研究是进行振动信号监测的重要一环。光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强等优点,被广泛研究并应用于监测振动信号。必须与光纤光栅传感器配合使用的光纤光栅解调系统也是近年来研究的热点问题。目前国内外已经研制出多种加速度传感器,对光纤光栅解调系统的研究也越来越成熟,但是,国内外的解调系统主要集中在低频领域,对于高频信号的探测仍然有一些不足。本文主要针对光纤光栅加速度传感器进行数据采集,利用窄带光源解调与强度解调方式相结合,搭建基于分布式反馈激光器的光纤光栅加速度传感器高速解调系统,取得了以下工作结果:(1)设计光纤光栅加速度传感器,阅读大量参考文献对国内外的光纤光栅加速度传感器进行研究和分析,详细解释了光纤光栅加速度传感器的力学理论模型,设计制作了适用于本文搭建的高速解调系统的悬臂梁式加速度传感器,并对传感器进行了试验标定,标定结果表明该传感器的固有频率为86 Hz,在0.5g~2.5g的加速度范围内,加速度传感器的灵敏度能达到6.7pm/g,线性度也能达到0.9955。同时研发了一种基于双膜片式的光纤光栅加速度传感器,进行理论分析并完成了初步的验证性实验,证明在频率为50Hz,加速度为2.5g时,能够得到完整波形。(2)针对光纤光栅加速度传感器,构建了基于窄带光源解调法的强度调制型的解调方案,通过对目前常用的几种波长解调方法进行分析,说明了本文中提出的解调方案是有可能实行,且该方法解调精度高,解调速度快,在实际的工程应用上是有优势的,通过对DFB激光器进行详细阐述,设计了关于DFB激光器的光源模块,该模块的波长扫描范围能够达到3.8nm,光源的外部温度能够控制在30℃左右,温度浮动值在±0.2℃。(3)搭建整个光纤光栅解调系统后,利用LabVIEW软件编写了PC端的解调程序,解调程序包含三个主要的核心功能模块:数据通信模块负责解调仪和PC端之间的数据传输;温度参数设置的主要功能是计算出光功率谱的半波宽处所在的温度;存储模块的主要功能是对监测到的数据进行存储。此外,利用LabVIEW软件自带的功能对软件进行完善。解调软件运行良好,能够实现通讯、显示、存储等所有功能。(4)完成加速度传感器后,将传感器接入整个解调系统并进行测试,测试结果表明,解调仪的解调速率为500 Hz,解调精度能够达到0.02 mV电压,能够解调出完整的振动信号,经过添加滤波器后的信号稳定,说明解调系统能够完成对FBG加速度传感器的解调。
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